2001年,李沇熹参加了SMBest青少年选拔大会并获得外貌奖和整体奖,继而签约SMEntertainment并成为旗下艺人。在出道前以练习生受训时,她曾接受过演唱训练,也因此能够拥有一定的歌唱实力。之后,她还与少女时代的林允儿,权侑莉,徐贤,郑秀妍等一同度过了练习生时期,也差点以少女时代出道。
早期写真2004年11月,李沇熹与崔秀钟,蔡时罗,宋一国,秀爱等合作出演古装剧《海神》,在剧中饰演童年时期的贞花,并因此进入演艺圈。2006年2月,李沇熹与玄彬合作主演爱情片《一个百万富翁的初恋》,在片中饰演单纯善良的乡村少女崔恩焕,和玄彬扮演的富家少爷展开了一段爱情故事。2007年10月,李沇熹与姜栋元,孔晓振合作主演惊悚悬疑片《爱》,在片中饰演貌美的神秘女人美美。2008年8月,李沇熹与宋承宪,延政勋,李多海,韩智慧合作出演爱情剧《伊甸园之东》,在剧中饰演国会长的独生女儿国英兰,并凭借此剧获得2008年MBC演技大赏女子新人奖；11月,与刘智泰,金永云,蔡贞安共同出演爱情片《纯情漫画》,在片中饰演性格直爽而活力四射的韩秀英。2011年1月,李沇熹与沈昌珉,朱相昱,刘荷娜等共同主演浪漫爱情剧《天堂牧场》,在剧中饰演单纯的李多智。2013年4月,李沇熹与金康宇,金孝珍,玉泽演,高俊熙等人主演爱情喜剧片《结婚前夜》,在片中饰演颇有潜力的美甲师吴素美；随后,特别出演李昇基,裴秀智,柳演锡,李侑菲等主演的武侠玄幻剧《九家之书》,在剧中饰演江置的母亲尹西花。12月,与李善均共同主演励志爱情剧《韩国小姐》,在剧中饰演清纯性感的吴智英。剧照2015年2月,李沇熹与金明民,吴达庶共同主演古装动作片《朝鲜名侦探：奴隶的女儿》,在片中饰演美艳的东瀛女子久子；4月,与车胜元,金载沅,徐康俊等人共同主演古装剧《华政》,在剧中饰演朝鲜宣祖与仁穆大妃的女儿贞明公主。2017年7月,李沇熹与吕珍九,安宰贤共同主演奇幻浪漫爱情剧《再次相遇的世界》,在剧中饰演不善与人交流的餐厅员工郑静媛。10月,与郑容和,崔宇植,尹博等联合主演浪漫爱情剧《ThePackage》,在剧中饰演法国导游尹素素。2018年6月,李沇熹作为固定嘉宾与姜虎东,李寿根共同主持综艺节目《岛剑客》。2020年1月,李沇熹与玉泽演,林周焕等主演奇幻悬疑犯罪剧《TheGame：向着零时》,在剧中饰演龙山警察署重案1组刑警徐俊英；4月,确定出演SF8系列电视剧《万神》。11月,与SM娱乐公司的协议到期并不再续约,后与VAST娱乐签约；12月,与金康宇,刘仁娜,柳演锡等人合作主演贺岁浪漫喜剧片《新年前夜》,在片中饰演滑雪场临时工珍雅。2022年5月23日,与李阵郁共同主演的爱情剧《结婚白皮书》在韩国首播。2023年5月10日,李沇熹与洪宗玄,文素利,郑允浩共同主演的职场爱情剧《较量人生》在Disney+上线,在剧中饰演学历普通但热情满级,通过坚持和努力逐渐成长为顶级公关人员的朴允珠。
感情经历李沇熹亲笔信2020年5月15日,李沇熹发布亲笔信宣布于6月2日结婚。随后,所属公司SM娱乐也发文表示准新郎是圈外人,年龄比李沇熹大,并不会公开婚礼相关细节。
李沇熹参加RM录制2009年,参加由动物保护协会举办的有关动物自由的照片展,和被遗弃小动物的合照作为展品展出。5月,参加“绿丝带希望步行运动”,为预防和寻找失踪儿童做宣传。9月,拍摄公益广告,收益捐赠给母校中央大学做发展基金。2010年,担任第11届残疾人电影节宣传大使。2011年,向“爱心果实”捐1000万韩元；为残障人基金做义务筹款。2月11日,开设以“Time”为主题的公益摄影展,收益全额捐献给残障人团体。7月,参加SBS《2011希望TV》慈善救援活动。2012年8月,由首尔警察局授予“预防网络犯罪宣传大使”称号。2013年9月4日,参加大邱三星KIA棒球赛开球手。2016年1月22日,与宝儿为公益事业拍摄写真。2017年,被法国观光厅正式任命为法国形象宣传大使。2019年3月,在首尔某女子大学参加公益宣传活动。
李沇熹在电视剧《韩国小姐》在剧中以出色的演技和靓丽美貌备受瞩目,尤其是剧中的时尚风格夺取观众眼球。她以不亚于模特般的高挑完美身材加上与众不同的新颖时尚风格,大力吸引着爱美女性。此外,在制作发布会上,她选择了露背设计的灰色连衣裙,搭配经典高跟鞋,清纯不失性感的反转造型赚足了全场人群的眼球。写真中,她站在沙滩上闭着双眼,特别是被海风吹起的秀发,展现出自身清秀自然美的一面。她凭借清纯的外貌深受观众喜爱,展现干练的魅力,气场十足。李沇熹